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DE19854899C1 - Beleuchtungseinheit - Google Patents

Beleuchtungseinheit

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DE19854899C1
DE19854899C1 DE19854899A DE19854899A DE19854899C1 DE 19854899 C1 DE19854899 C1 DE 19854899C1 DE 19854899 A DE19854899 A DE 19854899A DE 19854899 A DE19854899 A DE 19854899A DE 19854899 C1 DE19854899 C1 DE 19854899C1
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Ingo Brussog
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Lightpat GmbH
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Siemens Corp
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Abstract

Um den Herstellungs- und Konstruktionsaufwand für Beleuchtungseinheiten mit Leuchtdioden zu verringern, ist eine transparente Trägerplatte (2) auf einer Seite (1) mit elektrisch leitfähigen Strukturen (5), insbesondere einer Strukturierten ITO-Schicht (3), versehen, wobei oberflächenmontierbare Leuchtdioden (6) mit Anschlüssen (7, 8) beiderseits einer Lichtabstrahlenden Seite (11) in der Weise auf der Trägerplatte (2) montiert sind, daß die Anschlüsse (7, 8) in Kontakt mit den leitfähigen Strukturen (5) sind und die lichtabstrahlende Seite (11) der Trägerplatte (2) zugewandt ist.

Description

Bei Beleuchtungseinheiten mit Leuchtdioden, z. B. Zusatz­ bremsleuchten für Kraftfahrzeuge, sind die Leuchtdioden üblicherweise zusammen mit passenden Strombegrenzungswider­ ständen auf einer Leiterplatte befestigt; zum Schutz der Leuchtdioden und gegebenenfalls zur besseren Lichtverteilung wird vor diesen eine Schutzoptik, im einfachsten Fall eine Glasplatte, angeordnet. Wie aus der DE 196 35 564 A1 bekannt ist, können die Widerstände als bedrahtete Bauelemente, ober­ flächenmontierbare (SMD-) Bauelemente oder in Form einer Widerstandsschicht auf der Leiterplatte ausgebildet sein.
Aus der JP 5-119706 A1 ist eine Beleuchtungseinheit bekannt, bei der Leuchtdioden-Chips auf einer Glasplatte montiert sind. Dazu ist die Glasplatte auf einer Seite mit einer Indium-Zinn-Oxid- (ITO-) Schicht belegt, die in einem photo­ lithographischen Prozeß strukturiert wird. An den Stellen, an denen die Leuchtdioden-Chips plaziert werden sollen, werden erste Kontaktflächen und an benachbarten Stellen zweite Kon­ taktflächen jeweils in Form einer Goldschicht aufgebracht, wobei die Leuchtdioden-Chips mit Hilfe von elektrisch leiten­ dem Kleber auf den ersten Kontaktflächen durch Die-Bonden befestigt werden und mit den zweiten Kontaktflächen durch Draht-Bonden verbunden werden. Die Lichtabstrahlung der Leuchtdioden-Chips erfolgt aufgrund ihres Aufbaus und ihrer Befestigung in Richtung von der sie tragenden Glasplatte weg.
Aus der JP 4-199754 A1 ist eine ähnliche Beleuchtungseinheit bekannt, die sich von der vorstehend genannten bekannten Be­ leuchtungseinheit dadurch unterscheidet, daß auf der struk­ turierten ITO-Schicht eine Nickel-Phosphor-Schicht und auf dieser eine Goldschicht aufgebracht ist, wobei die Leucht­ dioden-Chips auf der Goldschicht über die ersten und zweiten Kontaktflächen durch Die-Bonden und Draht-Bonden befestigt sind. Die Nickel-Phosphor-Schicht übernimmt dabei die Funk­ tion von Strombegrenzungswiderständen für die einzelnen Leuchtdioden. Auch hier erfolgt die Lichtabstrahlung der Leuchtdioden-Chips aufgrund ihres Aufbaus und ihrer Befesti­ gung in Richtung von der sie tragenden Glasplatte weg.
Von Stanley Electric Sales of America Inc., Online im Internet:
URL: http://www.stanleyelec.com/smt/rm.htm
(Stand: 17.11.1998) sind oberflächenmontierbare (SMD-) Leuchtdioden bekannt, die bei ihrer Montage auf Leiterplatten mit der lichtabstrahlenden Seite der Leiterplatte zugewandt sind, wobei das Licht durch ein Loch in der Leiterplatte hindurch­ strahlt. Ähnliche Leuchtdioden werden auch von der Siemens AG unter der Bezeichnung "Hyper TOPLED® RG" vertrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Herstellungs- und Konstruktionsaufwand für Beleuchtungseinheiten mit Leuchtdioden, insbesondere im Hinblick auf unterschiedliche Formen und Abmessungen der Beleuchtungseinheiten, zu ver­ ringern.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Be­ leuchtungseinheit, bestehend aus einer transparenten Träger­ platte, die auf einer Seite mit elektrisch leitfähigen Struk­ turen versehen ist, und oberflächenmontierbaren Leuchtdioden mit Anschlüssen beiderseits einer lichtabstrahlenden Seite, die mit ihren Anschlüssen in Kontakt mit den leitfähigen Strukturen und mit der lichtabstrahlenden Seite der Träger­ platte zugewandt auf dieser montiert sind.
Als Leuchtdioden kommen beispielsweise die oben erwähnten Leuchtdioden von Siemens oder Stanley Electric in Betracht. Die transparente Trägerplatte übernimmt sowohl die Funktion der Schutzoptik als auch die Tragefunktion für die Leucht­ dioden, wobei die leitfähigen Strukturen auf der Trägerplatte die elektrischen Verbindungen zu den Leuchtdioden herstellen. Entsprechend der jeweiligen Ausbildung der leitfähigen Struk­ turen können die Leuchtdioden einzeln oder in Gruppen an­ gesteuert werden, die parallel oder seriell verschaltet sind. Da es sich bei den Leuchtdioden um oberflächenmontierbare Bauelemente handelt, kann die Trägerplatte unabhängig von ihrer jeweiligen Form und Größe auf einfachste Weise mit den Leuchtdioden bestückt werden, wobei auch unterschiedliche Bereiche der Trägerplatte mit unterschiedlichen, z. B. unter­ schiedlich farbigen, Leuchtdioden bestückt werden können. Auf diese Weise können z. B. Zusatzbremsleuchten, Kfz-Rückleuch­ ten und Blinkleuchten entweder einzeln oder beide in einer Beleuchtungseinheit integriert, Kfz-Innenleuchten, Koffer­ raumleuchten, Handschuhfachleuchten, Leuchten für Verkehrs­ ampeln, Leuchten für Werbezwecke oder Anzeigeleuchten in unterschiedlicher Form und Größe mit minimalem herstellungs­ technischen Aufwand gefertigt werden. Darüber hinaus zeichnet sich die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit durch eine be­ sonders geringe Bauhöhe aus. Die transparente Trägerplatte selbst kann zusätzlich mit Aufdrucken, beispielsweise zur Markierung von Anzeigefeldern oder Werbeaufdrucken, versehen sein, wobei es aufgrund des Aufbaus der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit keine Justierprobleme im Hinblick auf die Lage der Leuchtdioden und der Aufdrucke gibt.
Bei der transparenten Trägerplatte kann es sich um eine Glas- oder Kunststoffplatte handeln, die je nach Anwendungszweck mehr oder weniger durchscheinend sowie eingefärbt sein kann und bei hohen mechanischen Anforderungen als Panzerglas oder Verbundglas ausgeführt sein kann. Die Trägerplatte kann auf ihrer von der Bestückungsseite abgewandten Seite optische Strukturen wie Rillen, Gitter oder Linsen zur Lichtstreuung oder Lichtbündelung aufweisen.
Die leitfähigen Strukturen auf der Trägerplatte müssen das von den Leuchtdioden abgestrahlte Licht durch die Träger­ platte hindurchlassen, was entweder dadurch erreicht wird, daß die Trägerplatte in den den lichtabstrahlenden Seiten der Leuchtdioden unmittelbar gegenüberliegenden Bereichen von den leitfähigen Strukturen unbedeckt bleibt oder daß die leit­ fähigen Strukturen selbst transparent sind. Im letzteren Fall bestehen die leitfähigen Strukturen vorzugsweise aus einer Indium-Zinn-Oxid- (ITO-) Schicht, die entweder bereits beim Aufbringen auf die Trägerplatte oder durch nachträglichen Materialabtrag, im letzteren Fall auf besonders einfache Weise durch Einbringung von Trenngräben mittels Laser, struk­ turiert ist. Alternativ können die leitfähigen Strukturen aus leitfähigem Kunststoff bestehen oder durch Metallbeschichtung oder durch Aufbringen, z. B. Drucken, von leitfähigen Pasten gebildet werden.
Die Leuchtdioden sind an ihren Anschlußstellen vorzugsweise mit leitfähigem Kleber mit den leitfähigen Strukturen ver­ bunden, wozu auf diesen an den betreffenden Stellen zusätz­ liche elektrisch leitende Kontaktflächen durch Beschichtung oder Leitpastenauftrag aufgebracht sein können.
Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität können die Leucht­ dioden an ihrer lichtabstrahlenden Seite über einen trans­ parenten Kleber auf der Trägerplatte fixiert sein.
Die elektrisch leitfähigen Strukturen bestehen vorzugsweise, wie z. B. im Falle der ITO-Schicht, aus Widerstandsmaterial, auf dem zusätzlich elektrisch leitende Stromzuführungsbahnen, beispielsweise in Siebdruck, aufgebracht sind, wobei das Widerstandsmaterial zwischen den Stromzuführungsbahnen und den Anschlüssen der Leuchtdioden Strombegrenzungswiderstände für die Leuchtdioden bildet.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Zeichnung Bezug genommen, die ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit im Querschnitt zeigt.
Auf einer Seite 1 einer transparenten Trägerplatte 2, hier einer Glasplatte, ist eine ebenfalls transparente Indium- Zinn-Oxid- (ITO-) Schicht 3 aufgebracht, die durch Ein­ bringung von Trenngräben 4 mittels Laser strukturiert ist. Auf den durch die ITO-Schicht 3 mit den Trenngräben 4 ge­ bildeten leitfähigen Strukturen 5 sind oberflächenmontierbare Leuchtdioden 6 montiert, die mit ihren Anschlüssen 7, 8 über einen leitfähigen Kleber 9, 10 mit den leitfähigen Strukturen 5 sowohl elektrisch als auch mechanisch verbunden sind und mit ihrer lichtabstrahlenden Seite 11 der Trägerplatte 2 zugewandt sind. Je nach Bedarf können die Leuchtdioden 6 an ihren lichtabstrahlenden Seiten 11 zusätzlich durch einen transparenten Kleber 12 auf der Trägerplatte 2 fixiert sein. Auf der ITO-Schicht 3 sind zusätzlich elektrisch leitende Stromzuführungsbahnen 13 aus Leitpaste aufgebracht, zwischen denen und den Anschlüssen 7, 8 der Leuchtdioden 6 die ITO- Schicht 3 Strombegrenzungswiderstände 14 für die Leuchtdioden 6 bildet. Die Kontaktierung der Beleuchtungseinheit mit einer hier nicht gezeigten externen Stromversorgung kann entweder über hier nicht gezeigte oberflächenmontierbare Steckverbin­ der erfolgen, die in gleicher Weise wie die Leuchtdioden 6 mit den leitfähigen Strukturen 5 verbunden sind, oder wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mittels eines Flach­ leiters 15 in Standardausführung oder als produktspezifische flexible Leiterplatte, der im Randbereich der transparenten Trägerplatte 2 mittels eines leitfähigen Klebers 16 mit den leitfähigen Strukturen 5 verbunden ist.
Zur Erhöhung der Kontaktsicherheit können die leitfähigen Strukturen 5 in den Bereichen des Kontakts mit den Anschlüs­ sen 7, 8 der Leuchtdioden zusätzliche elektrisch leitende Kontaktflächen 17, beispielsweise in Form einer Metall­ beschichtung, aufweisen. Um das von den Leuchtdioden 6 durch die ITO-Schicht 3 und die Trägerplatte 2 hindurchgestrahlte Licht je nach Bedarf streuen oder bündeln zu können, kann die transparente Platte 2 auf ihrer den Leuchtdioden 6 abgewand­ ten Seite mit einer optischen Struktur 18, hier z. B. Rillen, versehen sein.

Claims (8)

1. Beleuchtungseinheit, bestehend aus einer transparenten Trägerplatte (2), die auf einer Seite (1) mit elektrisch leitfähigen Strukturen (5) versehen ist, und oberflächen­ montierbaren Leuchtdioden (6) mit Anschlüssen (7, 8) beider­ seits einer lichtabstrahlenden Seite (11), die mit ihren An­ schlüssen (7, 8) in Kontakt mit den leitfähigen Strukturen (5) und mit der lichtabstrahlenden Seite (11) der Träger­ platte (2) zugewandt auf dieser montiert sind.
2. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die transparente Trägerplatte (2) auf ihrer den Leuchtdioden (6) abgewandten Seite optische Strukturen (18) zur Lichtstreuung oder Lichtbündelung trägt.
3. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Strukturen (5) aus einer strukturierten Indium-Zinn-Oxid- (ITO-) Schicht (3) bestehen.
4. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ITO-Schicht (3) durch Einbringung von Trenngräben (4) mittels Laser strukturiert ist.
5. Beleuchtungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden (6) an ihren Anschlüssen (7, 8) mit leitfähigem Kleber (9, 10) mit den leitfähigen Strukturen (5) auf der Trägerplatte (2) verbunden sind.
6. Beleuchtungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß auf den leitfähigen Strukturen (5) in den Bereichen des Kontakts mit den An­ schlüssen (7, 8) der Leuchtdioden (6) zusätzliche elektrisch leitende Kontaktflächen (17) aufgebracht sind.
7. Beleuchtungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden (6) an ihrer lichtabstrahlenden Seite (11) über einen transparen­ ten Kleber (12) auf der Trägerplatte (2) fixiert sind.
8. Beleuchtungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leit­ fähigen Strukturen (5) aus Widerstandsmaterial bestehen, auf dem zusätzlich elektrisch leitende Stromzuführungsbahnen (13) aufgebracht sind, wobei das Widerstandsmaterial zwischen den Stromzuführungsbahnen (13) und den Anschlüssen (7, 8) der Leuchtdioden (6) Strombegrenzungswiderstände (14) für die Leuchtdioden (6) bildet.
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